基于数字增强干涉的高灵敏度准分布式光纤光栅振动传感器，包括窄线宽激光器、第一光纤耦合器、电光调制器、声光调制器、环形器、弱反射率光纤光栅阵列、第二光纤耦合器、双平衡探测器、任意波形发生器、电学放大器、n个电学延时器、n个乘法器、相位解调器；所述的窄线宽激光器的输出端口与所述的第一光纤耦合器的输入端口相连，第一光纤耦合器的第一输出端口与所述的电光调制器的光信号输入端相连，所述的电光调制器输出端口与所述的声光调制器的光信号输入端口相连，所述的声光调制器的光信号输出端口与所述的环形器第一端口相连，所述环形器的第二端口与弱反射率光纤光栅阵列的输入端口相连。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数字增强干涉光纤传感技术，特别是一种基于数字增强干涉的高灵敏 度准分布式光纤光栅振动传感器。
技术介绍
光纤传感器具有抗电磁干扰能力强，高灵敏度，耐腐蚀，防爆，光路有可挠曲性，传 感距离长，便于与光纤系统连接等优势。近年来，被广泛应用于天然气、石油管道安全监测， 桥梁裂纹监测，气体浓度探测、边界安防等领域。但是，在一些要求高灵敏度探测能力的场 合，例如声音探测、微弱振动的探测等，光纤传感器的灵敏度和信噪比一直是其制约因素。 因此，提高光纤传感系统的灵敏度和信噪比是当务之急。 自从1993年H. F. Taylor提出相位敏感光时域反射计（Phase sensitive optical time domain reflectometry,以下简称Phase-OTDR)以来，大大提高了光纤传感的灵敏度， 具体参见【H. F. Taylor and E. E. Lee. Apparatus and method for fiber optic intrusion sensing. U. S. Patent 5, 1993:194847]〇 Robert M. Payton等提出在Phase-OTDR中应用伪随机序列对连续光进行相位调 制，并在接收端进行相关运算，解调出相位信息，提高了系统的灵敏度和信噪比【Robert M. Payton. Natural fiber span reflectometer providing a spread virtual sensing array capability. U. S. Patent, US7268863]〇 D. A. Shaddock等提出的数字增强干涉技术的概念，利用伪随机码的相关特性，能 够有效的抑制杂散噪声，具体参见【Daniel A. Shaddock, Digitally enhanced heterodyne interferometry. Optics letters 2〇〇7, 32 (22)，3355-3357·】 -般来说，光纤中返回的信号强度越大，系统的信噪比越高。Phase-OTDR中利用的 是瑞利散射光进行传感，瑞利散射光的强度比较低，对于提高系统的灵敏度和信噪比有很 大限制。而通过在光纤中引入反射点，反射回的光信号强度可大大改善。基于此，可以设法 提取光纤中的反射信号作为传感信号，并与数字增强干涉技术结合，来提高系统的灵敏度。 但是，如何在光纤中添加准分布式的反射点是很关键的。有人采用利用光纤连接头的级联 作为反射点进行过几个反射点时的实验，并且用前面的连接头作为相邻后面连接头的参考 点，来求出连接头之间的相位信息。光纤连接头的反射率如APC是~1 %，UPC发射率~4 %， 连接头处约有〇. 4dB的损耗。如果将多个连接头级联在一起，会导致仅几个反射点之后的 反射回的信号强度都非常低，甚至探测不到，根本无法满足准分布式传感系统中对很多传 感点数的要求。数字增强干涉技术中，由于伪随机码的互相关特性，要求各个弱反射点反射 回的信号强度基本一致，以提高信噪比。各个连接头处反射回的信号强度前后差异太大，会 大大降低信噪比。并且，连接头在工程应用中具有稳定性差、体积大等缺点。因此，需要一 种弱反射率、低损耗、易于集成的传感反射点，且最好能够实现反射点的反射率可调整，以 尽量使前后反射点反射回的信号强度相当。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服上述现有光纤传感系统灵敏度低、信噪比差的不足，提出 一种基于数字增强干涉的高灵敏度准分布式光纤光栅传感器。采用弱反射率光纤光栅级 联而成的阵列，采集的信号是光栅中反射回来的信号，信号强度大，信噪比高。系统中采用 数字增强干涉技术，利用伪随机码的互相关特性，去除杂散噪声的影响，提高了系统的信噪 比。 本专利技术的技术解决方案如下：一种基于数字增强干涉的高灵敏度准分布式光纤光 栅振动传感器，其特征在于包括窄线宽激光器（1)、第一光纤耦合器（2)、电光调制器（3)、 声光调制器（4)、环形器（5)、弱反射率光纤光栅阵列（6)、弱反射率光纤光栅阵列由弱反 射率光栅1、光栅2···、光栅m级联而成、第二光纤耦合器（7)、双平衡探测器（8)、任意波形 发生器（9)、电学放大器（10)、η个电学延时器：电学延时器I (11)、电学延迟器2 (12)…、 电学延时器η (13)、η个乘法器：乘法器1 (14)、乘法器2 (15)…、乘法器η (16)、相位解调 器（17)，所述的窄线宽激光器⑴的输出端口与所述的第一光纤親合器⑵的输入端口相 连，第一光纤親合器（2)的第一输出端口与所述的电光调制器（3)的光信号输入端相连，所 述的电光调制器（3)输出端口与所述的声光调制器（4)的光信号输入端口相连，所述的声 光调制器（4)的光信号输出端口与所述的环形器（5)第一端口相连，所述环形器（5)的第 二端口与弱反射率光纤光栅阵列（6)的输入端口相连，所述环形器（5)的第三端口与所述 的第二光纤耦合器（7)的第一输入端相连，第一光纤耦合器（2)的第二输出端口与第二光 纤耦合器（7)的第二输入端口相连，第二光纤耦合器（7)的两个输出端口与双平衡探测器 的两个输入端口相连，所述双平衡探测器（8)的输出端口同时与乘法器1(14)、乘法器 2(15)···、乘法器η(16)的第一输入端口相连，所述的任意波形发生器（9)的第一输出端口 与所述的电学放大器（10)的输入端口相连，所述的电学放大器（10)的输出端口与电光调 制器（3)的射频信号输入端口相连，任意波形发生器（9)的第二输出端口同时与所述的η 个电学延时器输入端口并联相连，所述的η个电学延时器的输出端口分别与对应的η个乘 法器的第二输入端口相连，η个乘法器的输出端口分别与相位解调器（17)的多个输入端口 相连。 本专利技术的利用上述传感器的传感方法是：利用任意波形发生器产生伪随机序列， 伪随机序列经过放大器之后，用来驱动电光调制器，电光调制器对窄线宽激光器的激光进 行相位调制，伪随机码调制后光信号经过弱反射率光纤光栅阵列，不同弱反射率光纤光栅 反射点处反射回来的光信号到达接收端的时间不同，利用伪随机码自相关系数为1，互相关 系数约为0的特点，将接收到的信号与经过特定延迟（与信号光到达欲测量点的往返时间 一致）的本地伪随机码进行相关运算，就可以得到感兴趣的某点的反射信号，而其它点的 信号（包括噪声）被抑制，相关运算之后的信号再经过相位解调，得到各个反射点的相位信 息，相邻的两个反射点处的相位信息进行差分，就能得到两个反射点之间的传感光纤上的 振动、声音等传感信号。由于传感中采用的是反射点的信号，以及采用了伪随机序列相位调 制解调的方式，可以大大提高系统的信噪比。 米用由弱反射率光栅1、光栅2···、光栅m级联而成弱反射率光纤光栅阵列，由所述 光栅阵列反射回来的信号作为传感信号。 弱反射率光纤光栅阵列中的各个弱反射率光栅的折射率经过设计：各个弱反射率 光栅的折射率随距离逐渐增大，保证反射回来的光信号幅度基本一致，提高信噪比。 所述的窄线宽激光器是RIO窄线宽激光器，中心波长是1550nm，线宽约为2. 5kHz， 也可以采用其它种类的窄线宽的激光本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于数字增强干涉的高灵敏度准分布式光纤光栅振动传感器，其特征在于包括窄线宽激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、电光调制器(3)、声光调制器(4)、环形器(5)、弱反射率光纤光栅阵列(6)、弱反射率光纤光栅阵列由弱反射率光栅1、光栅2…、光栅m级联而成、第二光纤耦合器(7)、双平衡探测器(8)、任意波形发生器(9)、电学放大器(10)、n个电学延时器：电学延时器1(11)、电学延迟器2(12)…、电学延时器n(13)、n个乘法器：乘法器1(14)、乘法器2(15)…、乘法器n(16)、相位解调器(17)，所述的窄线宽激光器(1)的输出端口与所述的第一光纤耦合器(2)的输入端口相连，第一光纤耦合器(2)的第一输出端口与所述的电光调制器(3)的光信号输入端相连，所述的电光调制器(3)输出端口与所述的声光调制器(4)的光信号输入端口相连，所述的声光调制器(4)的光信号输出端口与所述的环形器(5)第一端口相连，所述环形器(5)的第二端口与弱反射率光纤光栅阵列(6)的输入端口相连，所述环形器(5)的第三端口与所述的第二光纤耦合器(7)的第一输入端相连，第一光纤耦合器(2)的第二输出端口与第二光纤耦合器(7)的第二输入端口相连，第二光纤耦合器(7)的两个输出端口与双平衡探测器(8)的两个输入端口相连，所述双平衡探测器(8)的输出端口同时与乘法器1(14)、乘法器2(15)…、乘法器n(16)的第一输入端口相连，所述的任意波形发生器(9)的第一输出端口与所述的电学放大器(10)的输入端口相连，所述的电学放大器(10)的输出端口与电光调制器(3)的射频信号输入端口相连，任意波形发生器(9)的第二输出端口同时与所述的n个电学延时器输入端口并联相连，所述的n个电学延时器的输出端口分别与对应的n个乘法器的第二输入端口相连，n个乘法器的输出端口分别与相位解调器(17)的多个输入端口相连。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：卢斌，叶青，魏韦，
申请(专利权)人：南京派光信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。